運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總結(jié)ppt課件
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運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)總結(jié),第1章 緒論,1,什么是運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng),運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)設(shè)備電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象,以控制器為核心,以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機(jī)構(gòu),在自動(dòng)控制理論的指導(dǎo)下組成的電氣傳動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)。,2,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)及其組成,3,直流調(diào)速系統(tǒng),直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單,轉(zhuǎn)矩易于控制。 換向器與電刷的位置保證了電樞電流與勵(lì)磁電流的解耦,使轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。,4,交流調(diào)速系統(tǒng),交流電動(dòng)機(jī)(尤其是籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī))結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 交流電動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型具有非線(xiàn)性多變量強(qiáng)耦合的性質(zhì),比直流電動(dòng)機(jī)復(fù)雜得多。,5,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩控制規(guī)律,忽略阻尼轉(zhuǎn)矩和扭轉(zhuǎn)彈性轉(zhuǎn)矩,運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程式,6,轉(zhuǎn)矩控制是運(yùn)動(dòng)控制的根本問(wèn)題 磁鏈控制同樣重要,7,生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性,生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL是一個(gè)必然存在的不可控?cái)_動(dòng)輸入。,8,恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,a)位能性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載 b) 反抗性恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載,9,恒功率負(fù)載,10,直流調(diào)速系統(tǒng),電樞回路,11,調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的方法,(1)調(diào)節(jié)電樞供電電壓; (2)減弱勵(lì)磁磁通; (3)改變電樞回路電阻。,12,13,14,調(diào)磁調(diào)速特性曲線(xiàn),15,第2章,轉(zhuǎn)速反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng),16,晶閘管整流器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),17,電流連續(xù)時(shí)V-M系統(tǒng)的機(jī)械特性,18,晶閘管觸發(fā)電路與整流裝置的傳遞函數(shù),輸入輸出關(guān)系為,19,直流PWM變換器-電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),20,電壓和電流波形,不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),21,一般電動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形,有制動(dòng)電流通路的不可逆 PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),22,圖2-11 有制動(dòng)電流通路的不可逆PWM變換器-直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng),的正脈沖比 負(fù)脈沖窄 ,,始終為負(fù)。,制動(dòng)狀態(tài)的電壓、電流波形,23,(d) 輕載電動(dòng)狀態(tài)的電流波形,VT1、VD2、VT2和VD1 四個(gè)管子輪流導(dǎo)通。,24,直流PWM調(diào)速系統(tǒng)(電流連續(xù))的機(jī)械特性,25,轉(zhuǎn)速控制的要求和穩(wěn)態(tài)調(diào)速性能指標(biāo),調(diào)速范圍 靜差率s,26,圖2-14 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率,特性a和b的硬度相同, 特性a和b額定速降相同, 特性a和b的靜差率不相同。,靜差率指標(biāo)應(yīng)以最低速時(shí)所能達(dá)到的數(shù)值為準(zhǔn),27,調(diào)速范圍、靜差率和額定速降之間的關(guān)系,28,轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng),29,30,轉(zhuǎn)速負(fù)反饋閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖,31,圖2-21 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 (a)電壓電流間的結(jié)構(gòu)框圖 (b)電流電動(dòng)勢(shì)間的結(jié)構(gòu)框圖 (c)直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu) 框圖,32,反饋控制規(guī)律,33,2.4 直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字控制,34,數(shù)字測(cè)速方法的精度指標(biāo),當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)速由n1變?yōu)閚2時(shí),引起記數(shù)值增量為1,則該測(cè)速方法的分辨率是 轉(zhuǎn)速實(shí)際值和測(cè)量值之差與實(shí)際值之比定義為測(cè)速誤差率,35,M法測(cè)速,記取一個(gè)采樣周期內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出的脈沖個(gè)數(shù)來(lái)算出轉(zhuǎn)速的方法稱(chēng)為M法測(cè)速,又稱(chēng)頻率法測(cè)速。 (2-77),36,M法測(cè)速分辨率為 (2-78) M法測(cè)速的分辨率與實(shí)際轉(zhuǎn)速的大小無(wú)關(guān)。 M法的測(cè)速誤差率的最大值為 (2-79) max與M1成反比。轉(zhuǎn)速愈低,M1愈小,誤差率愈大。,37,T法測(cè)速,T法測(cè)速是測(cè)出旋轉(zhuǎn)編碼器兩個(gè)輸出脈沖之間的間隔時(shí)間來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)速,又被稱(chēng)為周期法測(cè)速。,準(zhǔn)確的測(cè)速時(shí)間是用所得的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)M2計(jì)算出來(lái)的,即 , 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 (2-80),38,T法測(cè)速的分辨率定義為時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)由M2變成(M2-1)時(shí)轉(zhuǎn)速的變化量, (2-81) 綜合式(2-80)和式(2-81),可得 (2-82) T法測(cè)速的分辨率與轉(zhuǎn)速高低有關(guān),轉(zhuǎn)速越低,Q值越小,分辨能力越強(qiáng)。,39,M/T法測(cè)速,在M法測(cè)速中,隨著電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的降低,計(jì)數(shù)值減少,測(cè)速裝置的分辨能力變差,測(cè)速誤差增大。 T法測(cè)速正好相反,隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加,計(jì)數(shù)值減小,測(cè)速裝置的分辨能力越來(lái)越差。 綜合這兩種測(cè)速方法的特點(diǎn),產(chǎn)生了M/T測(cè)速法,它無(wú)論在高速還是在低速時(shí)都具有較高的分辨能力和檢測(cè)精度。,40,在高速段,與M法測(cè)速的分辨率完全相同。 在低速段,M11,M2隨轉(zhuǎn)速變化,分辨率與T法測(cè)速完全相同。 M/T法測(cè)速無(wú)論是在高速還是在低速都有較強(qiáng)的分辨能力。,41,2.5.2帶電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)的 直流調(diào)速系統(tǒng),圖2-38 電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié) (a)利用獨(dú)立直流電源作比較電壓(b)利用穩(wěn)壓管產(chǎn)生比較電壓,42,圖2-40 帶電流截止負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖,43,圖2-41 帶電流截止負(fù)反饋比例控制閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,CA段 : 電流負(fù)反饋被截止 AB段 : 電流負(fù)反饋起作用,44,第3章,轉(zhuǎn)速、電流反饋控制的直流調(diào)速系統(tǒng),45,起動(dòng)電流呈矩形波,轉(zhuǎn)速按線(xiàn)性增長(zhǎng)。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限制時(shí)調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動(dòng)(制動(dòng))過(guò)程。,圖3-1 時(shí)間最優(yōu)的理想過(guò)渡過(guò)程,46,圖3-3 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) 電流反饋系數(shù),47,AB段是兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)的靜特性,IdIdm, n=n0。 BC段是ASR調(diào)節(jié)器飽和時(shí)的靜特性,Id=Idm, nn0。,圖3-4 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性,48,根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù): 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) (3-6) 電流反饋系數(shù) (3-7) 兩個(gè)給定電壓的最大值U*nm和U*im由設(shè)計(jì)者選定。,49,3.2 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型與動(dòng)態(tài)過(guò)程分析,3.2.1 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,圖3-5 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖,50,圖3-6 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)過(guò)程的轉(zhuǎn)速和電流波形,電流Id從零增長(zhǎng)到Idm, 然后在一段時(shí)間內(nèi)維持 其值等于Idm不變, 以后又下降并經(jīng)調(diào)節(jié)后 到達(dá)穩(wěn)態(tài)值IdL。,51,雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的起動(dòng)過(guò)程有以下三個(gè)特點(diǎn): (1)飽和非線(xiàn)性控制 (2)轉(zhuǎn)速超調(diào) (3)準(zhǔn)時(shí)間最優(yōu)控制,52,3.3 轉(zhuǎn)速、電流反饋控制 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì),3.3.1 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 在控制系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)節(jié)器是為了改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能。 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)包括對(duì)給定輸入信號(hào)的跟隨性能指標(biāo)和對(duì)擾動(dòng)輸入信號(hào)的抗擾性能指標(biāo)。,53,圖3-8 典型的階躍響應(yīng)過(guò)程和跟隨性能指標(biāo),上升時(shí)間,峰值時(shí)間,調(diào)節(jié)時(shí)間,超調(diào)量,54,圖3-9 突加擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程和抗擾性能指標(biāo),動(dòng)態(tài)降落,恢復(fù)時(shí)間,55,調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)方法,常把型和型系統(tǒng)作為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。,56,K值越大,截止頻率c 也越大,系統(tǒng)響應(yīng)越快,相角穩(wěn)定裕度 越小,快速性與穩(wěn)定性之間存在矛盾。 在選擇參數(shù) K 時(shí),須在快速性與穩(wěn)定性之間取折衷。,57,表3-1 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系,58,定義中頻寬: (3-23) 中頻寬表示了斜率為20dB/sec的中頻的寬度,是一個(gè)與性能指標(biāo)緊密相關(guān)的參數(shù)。,59,采用“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則,可以找到和兩個(gè)參數(shù)之間的一種最佳配合。 (3-25) (3-26) 在確定了h之后,可求得 (3-29) (3-30),“振蕩指標(biāo)法”中的閉環(huán)幅頻特性峰值最小準(zhǔn)則:對(duì)于一定的h值,只有一個(gè)確定的c(或K),可得到最小的閉環(huán)幅頻特性峰值Mrmin,60,表3-4 典型型系統(tǒng)階躍輸入跟隨性能指標(biāo) (按Mrmin準(zhǔn)則確定參數(shù)關(guān)系),以h=5的動(dòng)態(tài)跟隨性能比較適中。,61,(控制結(jié)構(gòu)和擾動(dòng)作用點(diǎn)如圖3-15所示,參數(shù)關(guān)系符合 準(zhǔn)則),表3-5 典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系,Cb = 2FK2T,62,控制對(duì)象的工程近似處理方法,高頻段小慣性環(huán)節(jié)的近似處理 高階系統(tǒng)的降階近似處理 低頻段大慣性環(huán)節(jié)的近似處理,63,3.3.3按工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器,用工程設(shè)計(jì)方法來(lái)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的原則是先內(nèi)環(huán)后外環(huán)。 先從電流環(huán)(內(nèi)環(huán))開(kāi)始,對(duì)其進(jìn)行必要的變換和近似處理,然后根據(jù)電流環(huán)的控制要求確定把它校正典型I型系統(tǒng), 再按照控制對(duì)象確定電流調(diào)節(jié)器的類(lèi)型,按動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)要求確定電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)。 電流環(huán)設(shè)計(jì)完成后,把電流環(huán)等效成轉(zhuǎn)速環(huán)(外環(huán))中的一個(gè)環(huán)節(jié),再用同樣的方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速環(huán)為典型II型系統(tǒng)。,64,(3)內(nèi)、外環(huán)開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性的比較 外環(huán)的響應(yīng)比內(nèi)環(huán)慢,這是按上述工程設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)多環(huán)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)。,圖3-26 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)內(nèi)環(huán)和外環(huán)的開(kāi)環(huán)對(duì)數(shù)幅頻特性 I電流內(nèi)環(huán) n轉(zhuǎn)速外環(huán),65,第5章,基于穩(wěn)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),66,異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路,圖5-1 異步電動(dòng)機(jī)T型等效電路,假定條件:忽略空間和時(shí)間諧波, 忽略磁飽和,忽略鐵損,67,異步電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)等效電路,簡(jiǎn)化等效電路的相電流幅值,68,異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,異步電動(dòng)機(jī)傳遞的電磁功率,機(jī)械同步角速度,69,異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩(機(jī)械特性方程式 ),70,異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,對(duì)s求導(dǎo),并令,臨界轉(zhuǎn)差率:對(duì)應(yīng)最大轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)差率,71,異步電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性,對(duì)s求導(dǎo),并令,最大轉(zhuǎn)矩,又稱(chēng)臨界轉(zhuǎn)矩,72,不同控制方式下的機(jī)械特性,a)恒壓頻比控制 b)恒定子磁通控制 c)恒氣隙磁通控制 d)恒轉(zhuǎn)子磁通控制,73,5.4 電力電子變壓變頻器,74,脈沖寬度調(diào)制技術(shù),現(xiàn)代變頻器中用得最多的控制技術(shù)是脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation),簡(jiǎn)稱(chēng)PWM。 基本思想是控制逆變器中電力電子器件的開(kāi)通或關(guān)斷,輸出電壓為幅值相等、寬度按一定規(guī)律變化的脈沖序列,用這樣的高頻脈沖序列代替期望的輸出電壓。,75,5.4.2正弦波脈寬調(diào)制技術(shù),以頻率與期望的輸出電壓波相同的正弦波作為調(diào)制波,以頻率比期望波高得多的等腰三角波作為載波。 由它們的交點(diǎn)確定逆變器開(kāi)關(guān)器件的通斷時(shí)刻,從而獲得幅值相等、寬度按正弦規(guī)律變化的脈沖序列,這種調(diào)制方法稱(chēng)作正弦波脈寬調(diào)制(Sinusoidal pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱(chēng)SPWM)。,76,5.4.2 正弦波脈寬調(diào)制技術(shù),圖5-17 三相PWM逆變器雙極性SPWM波形,a) 三相正弦調(diào)制波與雙極性三角載波 b)、c)、d)三相電壓 e)輸出線(xiàn)電壓 f)電動(dòng)機(jī)相電壓,77,5.4.4 電流跟蹤 PWM控制技術(shù),圖5-19 電流滯環(huán)跟蹤控制的A相原理圖,78,5.4.5 電壓空間矢量PWM(SVPWM)控制技術(shù),把逆變器和交流電動(dòng)機(jī)視為一體,以圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)為目標(biāo)來(lái)控制逆變器的工作,這種控制方法稱(chēng)作“磁鏈跟蹤控制”,磁鏈軌跡的控制是通過(guò)交替使用不同的電壓空間矢量實(shí)現(xiàn)的,所以又稱(chēng)“電壓空間矢量PWM(SVPWM,Space Vector PWM)控制”。,79,空間矢量的定義,交流電動(dòng)機(jī)繞組的電壓、電流、磁鏈等物理量都是隨時(shí)間變化的,如果考慮到它們所在繞組的空間位置,可以定義為空間矢量。 定義三相定子電壓空間矢量,k為待定系數(shù),80,空間矢量的合成,三相合成矢量,圖5-21 電壓空間矢量,的合成矢量,81,電壓與磁鏈空間矢量的關(guān)系,圖5-22 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與電壓空間矢量的運(yùn)動(dòng)軌跡,圖5-23 電壓矢量圓軌跡,82,83,8個(gè)基本空間矢量,2個(gè)零矢量,6個(gè)有效工作矢量,幅值為,空間互差,84,基本電壓空間矢量圖,圖5-24 基本電壓空間矢量圖,85,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),6個(gè)有效工作矢量完成一個(gè)周期,輸出基波電壓角頻率,6個(gè)有效工作矢量,每個(gè)有效工作矢量作用,順序分別作用t時(shí)間,并使,86,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),圖5-26 正六邊形定子磁鏈軌跡,在一個(gè)周期內(nèi),6個(gè)有效工作矢量順序作用一次,定子磁鏈?zhǔn)噶渴且粋€(gè)封閉的正六邊形。,87,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),正六邊形定子磁鏈的大小與直流側(cè)電壓成正比,而與電源角頻率成反比。,88,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在基頻以下調(diào)速時(shí),應(yīng)保持正六邊形定子磁鏈的最大值恒定。 若直流側(cè)電壓恒定,則1越小時(shí), t越大,勢(shì)必導(dǎo)致,增大。,89,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),要保持正六邊形定子磁鏈不變,必須使,在變頻的同時(shí)必須調(diào)節(jié)直流電壓,造成了控制的復(fù)雜性。,90,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),有效的方法是插入零矢量 當(dāng)零矢量作用時(shí),定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽?表明定子磁鏈?zhǔn)噶客A舨粍?dòng)。,91,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),有效工作矢量作用時(shí)間,當(dāng),零矢量作用時(shí)間,定子磁鏈?zhǔn)噶康脑隽繛?92,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在時(shí)間t1段內(nèi),定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E沿著有效工作電壓矢量方向運(yùn)行。 在時(shí)間t0段內(nèi),零矢量起作用,定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留在原地,等待下一個(gè)有效工作矢量的到來(lái)。,正六邊形定子磁鏈的最大值,93,正六邊形空間旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),在直流電壓不變的條件下,要保持,輸出頻率越低,t越大,零矢量作用時(shí)間t0也越大,定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E停留的時(shí)間越長(zhǎng)。 由此可知,零矢量的插入有效地解決了定子磁鏈?zhǔn)噶糠蹬c旋轉(zhuǎn)速度的矛盾。,恒定,只要使t1為常數(shù)即可。,94,期望電壓空間矢量的合成,在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期 T0,圖5-28 期望輸出電壓矢量的合成,的作用時(shí)間,的作用時(shí)間,合成電壓矢量,95,SVPWM的實(shí)現(xiàn),通常以開(kāi)關(guān)損耗和諧波分量都較小為原則,來(lái)安排基本矢量和零矢量的作用順序,一般在減少開(kāi)關(guān)次數(shù)的同時(shí),盡量使PWM輸出波型對(duì)稱(chēng),以減少諧波分量。,96,零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法,按照對(duì)稱(chēng)原則,將兩個(gè)基本電壓矢量的作用時(shí)間平分為二后,安放在開(kāi)關(guān)周期的首端和末端。 零矢量的作用時(shí)間放在開(kāi)關(guān)周期的中間,并按開(kāi)關(guān)次數(shù)最少的原則選擇零矢量。 在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi),有一相的狀態(tài)保持不變,從一個(gè)矢量切換到另一個(gè)矢量時(shí),只有一相狀態(tài)發(fā)生變化,因而開(kāi)關(guān)次數(shù)少,開(kāi)關(guān)損耗小。,97,零矢量集中的實(shí)現(xiàn)方法,圖5-29 零矢量集中的SVPWM實(shí)現(xiàn),98,零矢量分散的實(shí)現(xiàn)方法,圖5-30 零矢量分布的SVPWM實(shí)現(xiàn),99,7步完成的定子磁鏈,圖5-32定子磁鏈?zhǔn)噶康倪\(yùn)動(dòng)的7步軌跡,100,SVPWM控制的定子磁鏈,圖5-34 定子旋轉(zhuǎn)磁鏈?zhǔn)噶寇壽E,定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E,101,SVPWM控制的定子磁鏈,實(shí)際的定子磁鏈?zhǔn)噶寇壽E在期望的磁鏈圓周?chē)▌?dòng)。N越大,磁鏈軌跡越接近于圓,但開(kāi)關(guān)頻率隨之增大。 由于N是有限的,所以磁鏈軌跡只能接近于圓,而不可能等于圓。,102,第6章,基于動(dòng)態(tài)模型的異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),103,6.2 異步電動(dòng)機(jī)的三相數(shù)學(xué)模型,圖6-1 三相異步電動(dòng)機(jī)的物理模型,定子三相繞組軸線(xiàn)A、B、C在空間是固定的。 轉(zhuǎn)子繞組軸線(xiàn)a、b、c隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。,104,異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性,異步電動(dòng)機(jī)三相繞組為Y無(wú)中線(xiàn)連接,若為連接,可等效為Y連接。 可以證明:異步電動(dòng)機(jī)三相數(shù)學(xué)模型中存在一定的約束條件,105,異步電動(dòng)機(jī)三相原始模型的非獨(dú)立性,三相變量中只有兩相是獨(dú)立的,因此三相原始數(shù)學(xué)模型并不是物理對(duì)象最簡(jiǎn)潔的描述。 完全可以而且也有必要用兩相模型代替。,106,6.3.1 坐標(biāo)變換的基本思路,兩極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型,F(xiàn)為勵(lì)磁繞組,A為電樞繞組,C為補(bǔ)償繞組。F和C都在定子上,A在轉(zhuǎn)子上。,圖6-2 二極直流電動(dòng)機(jī)的物理模型 F勵(lì)磁繞組 A電樞繞組 C補(bǔ)償繞組,107,6.3.1 坐標(biāo)變換的基本思路,三相變量中只有兩相為獨(dú)立變量,完全可以也應(yīng)該消去一相。 所以,三相繞組可以用相互獨(dú)立的兩相正交對(duì)稱(chēng)繞組等效代替,等效的原則是產(chǎn)生的磁動(dòng)勢(shì)相等。,108,6.3.1 坐標(biāo)變換的基本思路,圖6-3 三相坐標(biāo)系和兩相坐標(biāo)系物理模型,109,6.3.1 坐標(biāo)變換的基本思路,圖6-4 靜止兩相正交坐標(biāo)系和旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的物理模型,110,6.4.2 旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系中的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型,圖6-8 定子 、轉(zhuǎn)子 坐標(biāo)系到旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系的變換 a)定子 、轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系 b)旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系,111,6.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程,圖6-17 靜止正交坐標(biāo)系與按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系,旋轉(zhuǎn)正交dq坐標(biāo)系的一個(gè)特例是與轉(zhuǎn)子磁鏈旋轉(zhuǎn)矢量 同步旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。令d軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾希Q(chēng)作 按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系,簡(jiǎn)稱(chēng)mt坐標(biāo)系。,112,6.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程,m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶恐睾?為了保證m軸與轉(zhuǎn)子磁鏈?zhǔn)噶渴冀K重合,還必須使,113,6.6.1按轉(zhuǎn)子磁鏈定向的同步旋轉(zhuǎn)正交坐標(biāo)系狀態(tài)方程,mt坐標(biāo)系中的電磁轉(zhuǎn)矩表達(dá)式,定子電流勵(lì)磁分量,定子電流轉(zhuǎn)矩分量,114,6.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想,按轉(zhuǎn)子磁鏈定向僅僅實(shí)現(xiàn)了定子電流兩個(gè)分量的解耦,電流的微分方程中仍存在非線(xiàn)性和交叉耦合。 采用電流閉環(huán)控制,可有效抑制這一現(xiàn)象,使實(shí)際電流快速跟隨給定值。,115,6.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想,圖6-19 異步電動(dòng)機(jī)矢量變換及等效直流電動(dòng)機(jī)模型,116,6.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想,圖6-20 矢量控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖,117,6.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想,圖6-21 簡(jiǎn)化后的等效直流調(diào)速系統(tǒng),118,6.6.2按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制的基本思想,矢量控制系統(tǒng)就相當(dāng)于直流調(diào)速系統(tǒng)。 矢量控制交流變壓變頻調(diào)速系統(tǒng)在靜、動(dòng)態(tài)性能上可以與直流調(diào)速系統(tǒng)媲美。,119,6.6.3按轉(zhuǎn)子磁鏈定向矢量控制系統(tǒng)的電流閉環(huán)控制方式,圖6-22 電流閉環(huán)控制后的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,轉(zhuǎn)子磁鏈環(huán)節(jié)為穩(wěn)定的慣性環(huán)節(jié),可以采用閉環(huán)控制,也可以采用開(kāi)環(huán)控制方式;而轉(zhuǎn)速通道存在積分環(huán)節(jié),必須加轉(zhuǎn)速外環(huán)使之穩(wěn)定。,120,電流閉環(huán)控制,圖6-23 三相電流閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,121,電流閉環(huán)控制,圖6-24 定子電流勵(lì)磁分量和轉(zhuǎn)矩分量閉環(huán)控制的矢量控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖,122,6.6.5 轉(zhuǎn)子磁鏈計(jì)算,轉(zhuǎn)子磁鏈的直接檢測(cè)比較困難,多采用按模型計(jì)算的方法。 利用容易測(cè)得的電壓、電流或轉(zhuǎn)速等信號(hào),借助于轉(zhuǎn)子磁鏈模型,實(shí)時(shí)計(jì)算磁鏈的幅值與空間位置。 在計(jì)算模型中,由于主要實(shí)測(cè)信號(hào)的不同,又分為電流模型和電壓模型兩種。,123,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,根據(jù)描述磁鏈與電流關(guān)系的磁鏈方程來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈,所得出的模型叫做電流模型。 在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,124,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,圖6-29 在坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,125,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,在mt坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,126,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,圖6-30 在mt坐標(biāo)系計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,127,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型,上述兩種計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電流模型都需要實(shí)測(cè)的電流和轉(zhuǎn)速信號(hào),不論轉(zhuǎn)速高低時(shí)都能適用。 受電動(dòng)機(jī)參數(shù)變化的影響。電動(dòng)機(jī)溫升和頻率變化都會(huì)影響轉(zhuǎn)子電阻,磁飽和程度將影響電感。 這些影響都將導(dǎo)致磁鏈幅值與位置信號(hào)失真,而反饋信號(hào)的失真必然使磁鏈閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能降低,這是電流模型的不足之處。,128,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型,根據(jù)電壓方程中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁鏈變化率的關(guān)系,取電動(dòng)勢(shì)的積分就可以得到磁鏈。 在坐標(biāo)系上計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型,129,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型,圖6-31 計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型,130,計(jì)算轉(zhuǎn)子磁鏈的電壓模型,電壓模型包含純積分項(xiàng),積分的初始值和累積誤差都影響計(jì)算結(jié)果,在低速時(shí),定子電阻壓降變化的影響也較大。 電壓模型更適合于中、高速范圍,而電流模型能適應(yīng)低速。有時(shí)為了提高準(zhǔn)確度,把兩種模型結(jié)合起來(lái)。,131,6.7異步電動(dòng)機(jī)按定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)的基本思想是根據(jù)定子磁鏈幅值偏差的正負(fù)符號(hào)和電磁轉(zhuǎn)矩偏差的正負(fù)符號(hào),再依據(jù)當(dāng)前定子磁鏈?zhǔn)噶克诘奈恢?,直接選取合適的電壓空間矢量,減小定子磁鏈幅值的偏差和電磁轉(zhuǎn)矩的偏差,實(shí)現(xiàn)電磁轉(zhuǎn)矩與定子磁鏈的控制。,132,6.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用,轉(zhuǎn)差頻率,將旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系dq按定子磁鏈定向,把電壓矢量沿dq軸分解。 d軸分量決定了定子磁鏈幅值的增減。,133,6.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用,q軸分量決定定子磁鏈?zhǔn)噶康男D(zhuǎn)角速度,從而決定轉(zhuǎn)差頻率和電磁轉(zhuǎn)矩。,134,6.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用,為“+”時(shí),定子磁鏈幅值加大; 為“-”時(shí),定子磁鏈幅值減??; 為“0”時(shí),定子磁鏈幅值維持不變。,d軸分量usd,135,6.7.1定子電壓矢量對(duì)定子磁鏈與電磁轉(zhuǎn)矩的控制作用,為“+”時(shí),定子磁鏈?zhǔn)噶空蛐D(zhuǎn),轉(zhuǎn)差頻率增大,電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩加大; 為“-”時(shí),定子磁鏈?zhǔn)噶糠聪蛐D(zhuǎn),電流轉(zhuǎn)矩分量急劇變負(fù),產(chǎn)生制動(dòng)轉(zhuǎn)矩; 為“0”時(shí),定子磁鏈?zhǔn)噶客T谠兀D(zhuǎn)差頻率為負(fù),電流轉(zhuǎn)矩分量和電磁轉(zhuǎn)矩減小 。,q軸分量,136,6.7.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),圖6-40 直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖,137,6.7.2基于定子磁鏈控制的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng),138,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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